基于透皮穴位電刺激的肢體運(yùn)動(dòng)功能重建方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、肢體殘疾是所有殘疾中發(fā)生率最高的一種。在所有肢殘患者當(dāng)中，有相當(dāng)高的比例是因脊髓損傷導(dǎo)致的截癱和腦卒中導(dǎo)致的偏癱患者。為此，課題組提出了“微電子神經(jīng)/肌電橋”的概念與方法進(jìn)行癱瘓肢體的運(yùn)動(dòng)功能重建。
　　考慮到植入式刺激與體表刺激存在的不足之處，本論文提出了基于透皮穴位電刺激的癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建方法，其實(shí)現(xiàn)思路是:以體表肌電探測(cè)電極采集健康肢體不同動(dòng)作時(shí)的肌電信號(hào)，經(jīng)“微電子肌電橋”系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理后，將刺激信號(hào)施加到刺入人體特

2、定穴位的針狀電極上，從而實(shí)現(xiàn)癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建的現(xiàn)場(chǎng)效果和功能恢復(fù)的長(zhǎng)期效果。
　　本論文首先使用四棱形同心圓電極，以損脊蟾蜍為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了透皮電刺激下蟾蜍伸腿與縮腿動(dòng)作刺激位點(diǎn)的探測(cè)實(shí)驗(yàn)。在蟾蜍下肢股外肌找到4個(gè)伸腿動(dòng)作刺激位點(diǎn)，在半膜肌找到3個(gè)縮腿動(dòng)作刺激位點(diǎn)，得到了小于2V的閾值電壓。
　　接著，進(jìn)行了基于八通道信號(hào)處理系統(tǒng)與MENB-Ⅱ-02型癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建儀的人體體表肌電信號(hào)實(shí)時(shí)控制蟾蜍伸腿與縮腿運(yùn)動(dòng)實(shí)

3、驗(yàn)。采用體表電極作為肌電信號(hào)探測(cè)電極，以四棱形同心圓電極作為刺激電極，開(kāi)展透皮電刺激下的癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，初步證明了以透皮電刺激方式和“微電子肌電橋”技術(shù)實(shí)現(xiàn)癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建的可行性。
　　隨后，在以透皮電刺激方式實(shí)現(xiàn)了損脊蟾蜍運(yùn)動(dòng)功能重建的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了透皮電刺激下肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)電刺激參數(shù)的特性實(shí)驗(yàn)。分別進(jìn)行了刺激信號(hào)脈寬與刺激信號(hào)頻率兩種參數(shù)的特性實(shí)驗(yàn)。對(duì)刺激信號(hào)脈寬，采用肢體受到電刺激后的運(yùn)動(dòng)情況為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4、表明，在脈寬為50-300μs的刺激信號(hào)作用下，刺激信號(hào)的脈寬越小所需要的閾值電壓越大，在刺激脈寬小于150μs范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)閾值在以電壓作用量（電壓與脈寬之積）表示時(shí)基本為常數(shù)，在刺激脈寬大于150μs后，閾值電壓趨于不變。對(duì)刺激信號(hào)頻率，通過(guò)對(duì)肢體（受到電刺激后）運(yùn)動(dòng)時(shí)的針電極肌電信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)評(píng)價(jià)刺激頻率對(duì)于肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明10-80Hz刺激信號(hào)作用下，其肌電信號(hào)的積分肌電值(iEMG)與均方根值(RMS)存在顯著性的

5、差異，在刺激信號(hào)頻率Hz值為60時(shí)，iEMG與RMS存在最大值，之后呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，其原因可能是由于肌肉在相對(duì)高頻刺激后產(chǎn)生肌肉疲勞效應(yīng)所致。所以考慮在實(shí)際應(yīng)用中刺激信號(hào)頻率的選取范圍在30-60Hz之間。
　　最后，開(kāi)展了基于骨度折量定位法和小面積體表電極的人體腕伸動(dòng)作刺激位點(diǎn)的探測(cè)實(shí)驗(yàn)以及不同尺寸體表刺激電極的敏感度差異實(shí)驗(yàn)。在位點(diǎn)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中，統(tǒng)一采用1.5cm×1.5cm的小面積無(wú)紡布自粘附體表刺激電極，對(duì)5名志愿者進(jìn)行了腕伸